1、1现代控制工程基础（3206）自学考试大纲 课程性质设置目的要求控制工程基础是是全国高等教育自学考试机械制造与自动化专业的一门专业课。本课程既是前期基础课向专业课的转折，又是后续专业课的一个重要基础课。作为培养工程技术人员的技术基础课，本课程的目的在于阐明工程控制的基础概念、基本知识与基本方法的基础上，紧密结合机械工程实际，特别是结合机械制造工程实际，以便使学生加强数理基础与专业知识之间的联系，为将来解决机械工程及机械电子工程中的实际问题具备一定能力。本课程的学习是专业学习过程中的一个重要环节。 课程内容与考核目标第一章 自动控制的基本概念一、学习目的和要求了解自动控制的基本原理、基本概念和发
2、展简史，掌握对控制系统的基本要求。二、课程内容1、控制系统的基本工作原理；2、控制系统的分类、研究对象与方法；3、控制理论发展简史。三、考核知识点1、控制系统的工作原理；2、闭环控制系统的组成；3、控制系统的分类；4、对控制系统的基本要求。四、考核要求1、控制系统的工作原理（识记） ；2、闭环控制系统的组成（理解） ；3、控制系统的分类（识记） ；4、对控制系统的基本要求（理解） 。第二章 物理系统的数学模型及传递函数一、学习目的和要求了解系统的微分方程、传递函数的概念，掌握典型环节的传递函数和系统方框图及其连接。二、课程内容1、系统的微分方程及其列写；2、传递函数；3、典型环节的传递函数；4
3、、系统方框图及其连接。三、考核知识点1、数学模型的概念；2、线性与非线性系统概念理解；3、系统微分方程的建立；4、拉氏变换和反变换的概念；5、传递函数的概念；6、典型环节的传递函数；27、系统方框图的组成；8、环节的基本联系方式；9、方框图的等效变换。四、考核要求1、数学模型的概念（识记） ；2、线性与非线性系统概念理解（识记） ；3、系统微分方程的建立（识记） ；4、拉氏变换和反变换的概念（识记） ；5、传递函数的概念（识记） ；6、典型环节的传递函数（综合运用） ；7、系统方框图的组成（识记） ；8、环节的基本联系方式（理解） ；9、方框图的等效变换（综合运用） 。第三章 瞬态响应及误差分
4、析一、学习目的和要求理解时间响应的概念，了解一阶与二阶系统的时间响应，掌握瞬态响应的性能指标和稳态误差分析与计算。二、课程内容1、时间响应；2、一阶、二阶系统时间响应；3、瞬态响应的性能指标；4、稳态误差分析与计算。三、考核知识点1、时间响应的概念；2、一阶系统的时间响应；3、二阶系统的时间响应；4、瞬态响应的性能指标；5、稳态误差定义；6、稳态误差分析与计算。四、考核要求1、时间响应的概念（识记） ；2、一阶系统的时间响应（理解） ；3、二阶系统的时间响应（理解） ；4、瞬态响应的性能指标（简单应用） ；5、稳态误差定义（识记） ；6、稳态误差分析与计算（综合运用） 。第四章 频率特性分析一
5、、学习目的和要求理解频率特性的物理意义和数学本质，掌握典型环节的频率特性和绘制开环对数频率特性曲线的方法，理解闭环频率特性、最小相位系统，了解频域性能指标及其与时域性能指标间的关系。二、课程内容1、频率特性的基本概念；2、典型环节的频率特性；33、系统的对数频率特性；4、频域性能指标。三、考核知识点1、频率特性的基本概念与求取方法；2、频率特性的物理意义和数学本质；3、典型环节的频率特性；4、绘制开环对数频率特性曲线的方法；5、最小相位系统；6、闭环频率特性；7、频域性能指标及其与时域性能指标间的关系。四、考核要求1、频率特性的基本概念与求取方法（识记） ；2、频率特性的物理意义和数学本质（识
6、记） ；3、典型环节的频率特性（综合运用） ；4、绘制开环对数频率特性曲线的方法（简单应用） ；5、最小相位系统（识记） ；6、闭环频率特性（识记） ；7、频域性能指标及其与时域性能指标间的关系（识记） 。第五章 系统的稳定性一、学习目的和要求理解系统稳定的条件，理解胡尔维茨稳定性判据与劳斯稳定性判据，掌握奈奎斯特稳定判据，了解相位裕量和幅值裕量的概念。二、课程内容1、系统稳定的条件；2、Routh 稳定性判据；3、Nyquist 稳定性判据；4、稳定性裕量。三、考核知识点1、系统稳定的条件；2、胡尔维茨稳定性判据；3、劳斯稳定性判据；4、奈奎斯特稳定判据；5、奈奎斯特稳定判据应用举例；6、相
7、位裕量和幅值裕量。四、考核要求1、系统稳定的条件（理解） ；2、胡尔维茨稳定性判据（识记） ；3、劳斯稳定性判据（简单应用） ；4、奈奎斯特稳定判据（理解） ；5、奈奎斯特稳定判据应用举例（简单应用） ；6、相位裕量和幅值裕量（识记） 。第六章 系统的综合与校正一、学习目的和要求理解相位超前校正、滞后校正，了解超前滞后校正与系统校正的应用。4二、课程内容1、串联校正；2、反馈和顺馈校正。三、考核知识点1、校正的实质；2、性能指标；3、相位超前校正；4、滞后校正；5、系统校正应用实例。四、考核要求1、校正的实质（识记） ；2、性能指标（识记） ；3、相位超前校正（理解） ；4、滞后校正（理解）
8、；5、系统校正应用实例（识记） 。.有关说明与实施要求为了使本大纲的规定在个人自学、社会助学和考试命题中得到贯彻落实，现对有关问题作如下说明，并提出具体实施要求。一、自学考试大纲的目的和作用课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划要求，结合自学考试的特点而制定的。目的在于对个人自学、社会助学和课程的考试命题进行指导和规定。自学考试大纲是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。二、自学考试大纲与教材的关系自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材内容是大纲
9、所规定的课程知识和内容的扩展和发挥。大纲与教材所体现的课程内容应基本一致。大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里面一般也应有；教材里面有的内容，大纲里不一定体现。若教材中的内容与大纲要求不一致，以大纲为准。三、关于自学教材与主要参考书1、指定教材：朱骥北主编，机械控制工程基础，机械工业出版社，2001 年 1 版。2、参考读物：1）董景新，赵长德主编，控制工程基础，清华大学出版社，1992 年；2）胡寿松主编，自动控制原理，科学出版社，2003 年 8 月第 4 版；3）王显正主编，控制理论基础，科学出版社，2000 年 11 月第 1 版；4）胡寿松主编，自动控制原理简明教程，科学出版社，2
10、003 年 8 月第 1 版。四、关于自学要求与自学方法的指导本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。5五、关于考核内容和目标的说明本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都是考核内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身内容的特点不同，自学考试将对各知
11、识点分别按照认知层次确定其考核要求。层次分别是：识记：要求考生知道本课程中的名词、概念的含义，并能够正确认识表达或识别。理解：要求在识记的基础上，能把握本课程中的基本概念，掌握有关概念。简单应用：要求在理解的基础上，运用本课程中的基本概念、基本原理、基本方法中的知识点，分析和解决一般理论或实际问题。综合运用：在简单应用的基础上，能对比较复杂的问题进行分析和设计。六、对社会助学的要求1、社会助学者应明确本课程的性质与设置要求，根据本大纲规定的考试内容和考核目标，把握指定教材的基本内容，对自学者进行切实有效的辅导，引导他们掌握正确的学习方法，防止自学中的各种偏向，体现社会助学的正确导向。2、要正确
12、处理基本概念、基本知识、基本原理和应用能力的关系。要适当联系实际，努力引导自学应考者将基础理论知识转化为认识、分析和解决实际问题的能力。3、要正确处理重点和一般的关系。课程内容有重点和一般之分，而考试内容则是全面的，分布到各章。社会助学者应指导自学应考者对教材进行系统全面的复习，在全面辅导的基础上，突出重点，把重点辅导与兼顾一般相结合。切忌孤立地抓重点，把自学者引向猜题押题。七、关于试卷结构及考试的有关说明1、本大纲各章所规定的考核要求中各知识点都是考试的内容。试题覆盖到章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。2、命题不应有超出大纲中考核知识点范围的试题，考核目标不得高于大纲中所规定的相
13、应最高能力层次要求。4、试题的难度可分为：容易，中等偏易，中等偏难，难；它们在试卷中所占分数比例依次大致为：20%、30%、30% 、20% 。5、试题的题型有：简答题、分析题、计算题。6、考试方式为笔试、闭卷；考试时间为 150 分钟；60 分为及格线。考试时只允许带钢笔或圆珠笔、2B 铅笔和橡皮、计算器。附录：题型举例简答题：（15 分）对控制系统有哪些基本要求？（3 分）什么是最小相位系统？（4 分）系统稳定的充分必要条件是什么？（4 分）什么是相位裕量和幅值裕量？（4 分）简化图 1 所示系统的方框图，并求系统的传递函数。 （10 分） + Xo(s)Xi(s) G1 G2 G3 G4
14、H3H2H1图 16某系统用测速发电机反馈，可以改善系统的相对稳定性，系统如图 2 所示。 （10 分）当 K10，且使系统阻尼比 0.5，试确定 Kh。若要使系统最大超调量 Mp0.02，峰值时间 tp1s，试确定增益 K 和速度反馈系统 Kh的数值，并确定在这个 K 和 Kh 值的情况下，系统上升时间和调整时间。单位负反馈系统的开环传递函数为： ，)10(4)sG试求当输入 （ 0）时的稳态误差。 （ 10 分）21)(attxi试画出具有下列传递函数的波德图：（15 分）。)(0)2ssG已知一些元件的对数幅频特性曲线如图 3 所示，试写出它们的传递函数 G(s)，并计算出各参数值。 （
15、10 分）设单位负反馈控制系统的开环传递函数如下，试用劳斯判据确定系统稳定时，K 的取值范围。 （15 分）)61(3)(ssG设系统开环频率特性如图 4 所示，试判别系统稳定性。其中 p 为开环右极点数， 为开环传递函数中的积分环节数目。 （15 分）图 2XoXi1K hs)(/s-1/s-110050002010402020L( )/dBL( )/dB图 3（1） （2）Re ReRe-1-1-1000p=2=0Im Im Imp=0=0图 4（3）（2）（1）p=0=27答案：简答题：（15 分）稳定性（1 分） 、快速性（1 分） 、准确性（1 分） 。具有在复平面右半面上没有零点（
16、2 分）和极点（2 分）的传递函数的系统，称为最小相位系统。系统特征方程的根必须全部具有负实部。 （4 分）在幅值交界频率上，使系统达到不稳定边缘所需要附加的相角滞后量（或超前量） ，称为相位裕量（2 分） ；在相位交界频率处开环频率特性幅值的倒数，称为幅值裕量（2 分） 。二、 （10 分） （每正确完成一步 2 分）243213234411)( HGHGs三、解：系统的闭环传递函数为： Kssh)()(2所以： （2 分）Kn2nh1（1）将 K10， 代入，求得： 5.010nh2 Kh0.216；（2 分）（2） 2.21epM算出： )(2nt 78.02.5n Kh0.27 ， （
17、3 分）.5Knst421nrt )1arctn(2算出： ts1.02（s） ，tr0.781 （s） 。 （3 分）四、解：系统的开环增益 K 14，且为 型系统将 )0()()(2321 attxttxtiiii则： （5 分） （5 分）01se142es（5 分）3as8014321 aeess五、如图对数幅频特性每画对一段得 3 分，横坐标上的转折频率标对得 2 分，相频特性渐进线相位标对得 2 分，曲线基本画对得 3 分。六、 （1） （5 分） （2） （5 分）1.0)(sG)10.()ssG七、该系统闭环特征方程为： ；（5 分）1893Kss3 1 18 0s2 9 18
18、K 0s1 182K 0s0 18K （5 分）（5 分）0K八、 （1）包围圈数 N0，P 0，稳定；（5 分）（2）正穿越次数为 1，负穿越次数为 0，10P/21，稳定；（ 5 分）（3）正穿越次数为 1，负穿越次数为 1，11P/20，稳定。 （5 分）()-1800L()-27010.11006040409西 南 科 技 大 学 试 题 单学院：制造科学与工程学院 专业： 共 2 页 第 1 页10考试科目：机械控制工程基础 命题人：机电教研室西 南 科 技 大 学 试 题 单学院：制造科学与工程学院 专业： 共 2 页 第页题号 试 题一 10 分二15 分三10 分四15 分已知
19、一阶元件的传递函数为 G(s)=10/(0.2s+1),若采用负反馈的方法(见图),将调节时间 ts 减小为原来的 0.1 倍,并且保证总的放大系数不变,试选择 Kn 和 Ko 的值。已知单位反馈系统的开环传递函数为 )42)(10()( ssGs试绘制系统的开环对数幅频特性图。 列出下图机械系统的运动微分方程，写出传递函数，假设有力作用的杆是非柔形的、而且无质量或无转动惯量，并且所有位移都很小.试求下图系统的传递函数。Ko G(s)KnR(s) C(s)mF(t)a bk1k2CX(t)X1(t)G1 G2 G3G4H1H2R(s) C(s)11考试科目：机械控制工程基础 命题人：机电教研室题号 试 题五15 分六10 分七15 分八10 分已知单位反馈系统的开环传递函数 G(s)=K/s(Ts+1),试选择参数 K 及 T 以满足下列指标：1）当 r(t)=t 时，系统的稳态误差小于等于 0.022）当 r(t)=1(t)时，系统的动态性能指标，ts0.3s(=5%)设系统特征方程如下，试用劳斯判据确定系统正实部根的个数。 01324ss已知反馈系统的开环传递函数为 )10(5)( sHGs试用奈氏判据判断系统的闭环稳定性。一单位反馈系统的开环对数渐近幅频曲线如图，写出系统的开环传递函数 G（s）.L(w)w0.1 0.2 14-20-40-40-2012
